一种新型产业用纤维-POM纤维

一种新型产业用纤维——聚甲醛（POM）纤维王桦四川省纺织科学探讨院目录POM纤维背景POM纤维的性能POM纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维制备难点POM纤维探究探讨介绍常用的钢筋混凝土简洁因硫离子、氯离子引起锈蚀间题，严峻影响混凝土的寿命，且简洁产生刚性裂缝。20世纪80年头末，美、日等发达国家起先用高性能纤维增加复合材料加固修复混凝土结构，改善其抗拉性能和抗裂性能。目前纤维加固修复混凝土主要运用的纤维原料是聚酯纤维和聚丙烯纤维等。POM纤维背景POM纤维背景常用聚丙烯聚酯纤维，由于强度及弹性模量较低，在混凝土中的分散性较差，对混凝土抗压强度的提高不明显，与水泥石的粘结不紧密，泵送施工不易限制，使混凝土成本大幅上升等，这些问题都严峻制约了纤维混凝土的大范围应用，因此迫切须要找寻新型的高性能纤维替代原有产品。试验发觉，POM纤维在掺量仅为0.9%的条件下，纤维的分散性能就表现优越，混凝土均相性和力学性能改和善好，通过接受不同规格的POM纤维的组合增加混凝土，可以解决其他合成纤维所不能解决的混凝土的原生缺陷所导致诱发的混凝土开裂的难题。尤其是在遭遇火灾后，POM纤维增加的混凝土，不会因大火燃烧而产生崩裂坍塌，运用性能大大优于目前广泛运用的聚丙烯纤维。中国国务院办公厅于2009年4月24日公布的《纺织工业调整和振兴规划》，提到要重点发展以宽幅高强工艺技术为主的土工格栅、土工布、防水卷材等多功能复合材料，高端土工布材料国内市场占有率由20%提高到50%。POM纤维在掺量仅为0.9%的条件下，纤维的分散性能就表现优越，混凝土均相性和力学性能改和善好，通过接受不同规格的POM纤维的组合增加混凝土，可以解决其他合成纤维所不能解决的混凝土的原生缺陷所导致诱发的混凝土开裂的难题。鉴于POM纤维在土工合成材料方面的应用优势，国家化纤“十二五”规划中的《高新技术纤维行业“十二五发展规划”》将POM纤维的生产技术列入为欲突破关键技术问题。POM纤维背景1、1967年，MONTEDISONSPA，为了避开因为聚甲醛结晶速度快而引起的脆断，将从喷丝孔挤出的纤维通过淬火处理机骤冷。2、1969年，FALKAIBELAVON在英国专利中介绍了用线性高分子量聚甲醛溶液纺丝制备POM单丝的方法。3、1971年，在美国专利中，介绍了一种高弹性POM纤维的制取方法，通过特殊的结晶方式使得结晶度高的固体颗粒承受弹性变形（在压力下结晶）。熔融纺丝后的样品，经过一种特殊的热－湿处理以提高纤维的弹性。尽管以上关于POM纺丝方法的报道是早在几十年前，但由于POM结晶度高、结晶速度快难以限制、以及在高温下分解造成气泡等等缘由，POM纤维也始终都没有实现工业化生产。POM纤维国外探讨现状POM纤维背景POM纤维背景在我国POM纤维的探讨工作起步晚，近两年只有少数高校才起先进行探究性探讨，目前国内还处于试验室探讨阶段。其中，仅东华高校等少数科研机构通过高纯POM或三聚甲醛催化聚合后，经熔融、干法或湿法纺丝制得POM纤维，未进行进一步的中试和工业化探讨。研究单位研究阶段四川省纺织科学研究院已进入工业放大生产和纤维应用研究阶段日本旭化成公司工业化初期，详情未知日本宝理塑料有限公司工业化初期东华大学实验室研究，未进行进一步的工业化研究四川大学研究起步阶段POM纤维国内探讨现状国内外探讨现状强度高，与常见的聚酯纤维和尼龙纤维相比，POM纤维的强度好，为常用聚酯纤维、尼龙纤维的2～3倍。耐摩擦磨损性优异，静摩擦系数低于0.3，动摩擦系数低于0.25。拉伸回复性能优异，POM纤维的蠕变行为比碳纤维、Kevlar不锈钢丝大，但经过较长时间后，蠕变停止若出去负荷，蠕变又能复原，故具有优异的拉伸回复性能。耐久性特殊优异，POM纤维不但具有良好的短期热稳定性，在高温的空气中或在高温的热水中，其长期运用稳定性也特殊优异。优异的耐化学品性能，POM纤维仅在酸中有略微分解，对碱溶液，海水，溶剂的抗拒实力极强。同时耐光性优异，而且吸水率极低，不被微生物分解，在海水中不吸附浮游生物，不长霉菌。POM纤维的性能POM纤维与K-49、PET化学性能对比性能测试方法K-49PETPOM纤维耐碱性10％NaOH溶液中浸200h后强度保持率/％4940100耐酸性10％HCl溶液中浸50h后强度保持率/％209557耐光性83℃,碳弧灯灯照射120h后强度保持率/％765588耐海水性海水中浸一年后的强度保持率/％50－100吸水性水中浸24h的吸水率/％20.20.2POM纤维的性能POM纤维与聚酯纤维物理性能对比性能聚酯纤维POM纤维强度/GPa0.3～0.70.7～1.4强度/cN·dtex-12.2～55～10断裂延伸率/%15～4010～50比重/g·cm-31.381.41伸长回复率/%2080静摩擦系数0.3750.29动摩擦系数0.3550.245使用温度(℃)140140POM纤维的性能POM纤维的性能POM纤维耐光性★土工合成材料土工布、混凝土增加。高强度、耐碱性、分散性、耐磨性、耐候性★户外增加蓬盖材料耐光性、耐碱性能、耐候性★防洪沙袋、军事掩体耐碱性、耐候性、染色性、耐光性★过滤器耐热、耐碱、耐药品性★其他工业用途POM纤维在产业用纺织品中的应用★土工合成材料国务院99年72号文件已明确指出：“2001年在沿海城市和土地稀缺的城市禁止运用实心粘土砖；在其他地区框架结构建筑中也禁止运用实心粘土砖。到2003年在全国禁止生产、运用实心粘土砖。”我国对土木工程增加用纤维越来越重视，近年国家先后出台《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》GB/T21120-2007、《纤维混凝土结构技术规程》等，缩短了与发达国家的差距。国务院办公厅于2009年4月24日公布的《纺织工业调整和振兴规划》中强调要重点发展以宽幅高强工艺技术为主的土工格栅、土工布、防水卷材等多功能复合材料，高端土工布材料国内市场占有率由20%提高到50%。POM纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维在产业用纺织品中的应用★纤维用于土工合成材料的原理阻裂抗渗耐久增韧增加减重混凝土中的微小裂缝受荷载作用时会产生裂缝扩展，纤维能横跨起桥接作用，缓解裂缝尖端的应力集中，增加裂缝的扩张阻力，提高混凝土的断裂能。使混凝土的延性增大，提高混凝土的韧性和抗裂实力。纤维在混凝土中能很好的匀整分布且与混凝土浇捣成型过程中增加了混凝土内部内部的束缚力，从而削减了混凝土在成型过程中大孔隙和裂缝的产生，削减了宏渗水和微渗水。混凝土在冻融条件下产生较大的膨胀压力，易使混凝土裂缝和原有裂缝扩展，在混凝土中掺入少量的合成纤维，由于行为较细，单位面积的纤维数量较多，这样纤维能起到一个很好的约束作用，抗拒冻融和化学侵蚀时的膨胀压力。同时纤维的掺入大大提高了混凝土的抗渗性，这样便阻碍了化学物质的渗入，提高了其抗化学侵蚀性能。

★土工合成纤维的要求POM纤维在产业用纺织品中的应用高抗碱性分散性安全性性能均一性强度高变形能力黏结强度弹性模量阻裂抗渗耐久增韧增强减重★土工合成材料耐碱性纤维增加水泥的耐碱性始终是人们关切的话题，由于水泥在水化反映过程中析出的氢氧化钙。POM纤维在产业用纺织品中的应用玻璃纤维、自然纤维以及一些合成纤维同样都存在耐碱性差的问题氢氧化钙与玻璃纤维中的硅氧骨架相互作用生成了一种新的物质——水化硅酸钙凝胶。它对玻璃纤维产生猛烈的侵蚀，并在其表面造成较大的缺陷，引起局部应力集中，从而破坏了纤维的结构，最终导致玻璃纤维强度快速下降。★土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用自然纤维是自然界中最大品种的纤维，取之不尽，用之不竭。环境友好以及制造成本低。自然纤维在碱性条件下会发生分子降解而失去力学性能。因此，其增加水泥基材料同样存在一个许久运用性问题。有探讨接受自然纤维涂覆疏水疼惜剂和／或接受低碱性基体的方法，来解决自然纤维增加水泥基材料的耐久性问题效果显著，但最终结果仍不甚令人满足。纤维的耐碱性提高，是提高纤维增加水泥基材料的耐久性的重要难题。★土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维的耐碱性(10%NaOH)★土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维耐碱性特殊好POM纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维变形实力好★土工合成材料★土工合成材料POM纤维应变弹性响应与PP纤维对比POM纤维的弹性模量高蠕变停止若除去负荷，蠕变又能复原，更有效地阻挡混凝土塑性收缩裂缝的产生与扩延。POM纤维在产业用纺织品中的应用★土工合成材料遭遇火灾后，POM纤维增加的混凝土，不会因大火燃烧而产生崩裂坍塌。a:没有添加纤维的混凝土，b:添加PP纤维的混凝土；c:添加POM纤维的混凝土POM纤维在产业用纺织品中的应用★土工合成材料纤维增强相容性分散性耐碱性耐光性环境友好钢纤维●●●●●●●●●●●●●●●●石棉纤维●●●●●●●●●●●天然纤维●●●●●●●●●●●玻纤●●●●●●●●●●●●●维纶●●●●●●●●●●●●●●●●●●丙纶●●●●●●●●●●●●●●涤纶●●●●●●●●●●●●●●POM纤维●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●土木工程增加纤维与POM纤维对比POM纤维在产业用纺织品中的应用土木工程增加用合成纤维与POM纤维对比性能涤纶丙纶维纶POM纤维强度/cN·dtex-12.2～53.1～6.43.5～5.75～10断裂延伸率/%15～4015～3512～2610～50比重/g·cm-31.380.911.31.41伸长回复率/%20851580静摩擦系数0.3750.520.35～0.370.29动摩擦系数0.3550.29～0.40.3～0.330.245使用温度/°碱性不好好好好耐光性不好不好尚好好价格/万元·吨-11.71.82.53.5★土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用目前我国每年的建筑混凝土用量以千亿吨计，按1%的混凝土运用增加纤维（保守按1千亿吨），按掺量0.5%计，须要增加纤维500万吨，假如POM纤维的运用量占10%的状况下，每年的需求量就有50万吨。★土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用★户外增加蓬盖材料市场耐光性、耐碱性能、耐候性目前所运用的丙纶和涤纶在高原地区的强紫外线辐射下，会加速老化，缩短运用寿命，用丙纶和涤纶生产的高原牧民的居家帐篷、遮阳材料等不能满足要求。而POM纤维在85℃碳弧灯照射100小时下，强度仍能保持90%，是目前合成纤维中最好的。户外增加蓬盖材料在强紫外线辐射下，会加速老化，缩短运用寿命。尤其在四川藏区、西藏、青海等地处高原，紫外线辐射猛烈。目前我国每年户外蓬盖材料的需求量约500万m2，需用纤维1000吨。按POM纤维市场占有50%计，每年须要POM纤维500吨。POM纤维在产业用纺织品中的应用★防洪沙袋、军事掩体耐碱性、耐候性、染色性、耐光性目前防洪沙袋现有产品主要为聚乙（丙）烯，其耐候性能、染色性很差，每年运用量在1千万条以上，须要纤维材料1200～1500吨，依据市场占有率50%计，每年需POM纤维600～750吨。军事掩体用沙袋每年需求量在1千万条以上，须要纤维1200～1500吨。POM纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维制备难点1、纺丝——POM熔融温度与分解温度接近POM熔融温度160℃，高于200℃时就起先分解。同时在熔融纺丝过程中，在高温下POM树脂与在螺杆中停留时间过长也会导致分解，产生气泡丝，给纺丝带来困难，甚至中断纺丝。meltsolid喷丝口易产生气泡丝，导致出丝异常，无法正常成丝。通过提高纺丝压力相对降低纺丝温度，精确限制纺丝温度，避开POM在更高温度下纺丝所导致的高温降解反应的发生。并通过螺杆、计量泵结构设计，削减熔体停留时间，限制POM高分子材料的分解而产生气泡丝。喷丝孔分布、喷丝孔熔体导入角的角度螺杆挤出机及熔体管道分布的设计1、纺丝——POM熔融温度与分解温度接近POM纤维制备难点由于POM的结晶特性和POM高分子结晶度高（70%以上）的特点，喷丝口出丝遇到冷空气会快速冷却结晶，导致形成脆态，不利于后续牵伸。2、成形——POM结晶温度与纺丝温度接近，结晶速度快设计初生纤维的延长固扮装置，通过喷丝口的延时加热冷却和喷头拉伸比限制，使POM高分子链呈有序排列而形成晶核，缩短结晶诱导期；经过延时加热冷却固化工艺后，POM纤维的后续牵伸性能明显提高。POM纤维制备难点玻璃化温度（-50℃）与最大结晶温度（141℃）差距较大，大分子链段排入晶格困难定型阶段时，相当一部分的大分子会发生解取向纤维性能下降3、定型——取向、结晶POM纤维制备难点设计在加压自锁条件下对纤维进行拉伸热处理，提高纤维的取向上的结晶，赐予POM纤维良好的物理机械性能。设计促使聚合物分子末端运动、高分子发生进一步完善结晶的定型工艺，提高纤维的强度。有效地降低了定型过程中纤维大分子的解取向程度，显著提高了纤维的在取向上得结晶，保证纤维的力学性能。3、定型——取向、结晶POM纤维制备难点POM纤维探究探讨介绍四川省纺织科学探讨院是我国第一家对POM纤维进行探讨与开发，并持续不断地进行了试验室小试、中试，积聚了丰富的探讨数据和探讨阅历，并形成专利技术。四川省纺织科学探讨院近年对聚甲醛纤维的探讨，获得2010年四川省产业探讨与开发资金项目——“聚甲醛（POM）纤维的探讨开发”项目（项目编号2011XM054）、2011年四川省科技支撑项目“高性能聚氧亚甲基（POM）纤维的探讨及应用开发”项目（项目编号2011GZ0226）的支持。POM纤维应用于混凝土增加技术进行探究探讨POM与PP纤维增加混凝土对比编号原材料用量kg/m3工作性能描述7d水泥粉煤灰矿粉天然砂碎石水外加剂纤维抗压抗折1347.930.860.8697.91140.8150.24.840坍落度240mm,流动性好，较轻43.43.802347.930.860.8697.91140.8162.74.840.9%PP坍落度190mm44.2